ГЕРМЕТИЗИРОВАННОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2017 года по МПК G01M3/00 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при испытаниях полостей устройств авиационной и ракетной техники, а также в других областях техники.

Известно герметизированное устройство, содержащее корпус, с торца которого имеется расточка, сообщенная с внутренней полостью корпуса, размещенный в расточке палец, два радиальных уплотнительных кольца из эластомерного материала, последовательно установленных в уплотнительных канавках расточки с возможностью контакта с пальцем по его цилиндрической поверхности, размещенный на корпусе штуцер подвода текучей среды с каналом, выходящим во внутреннюю полость расточки на участке между первой и второй уплотнительными канавками, при этом палец установлен с возможностью осевого перемещения относительно корпуса и его фиксации в двух положениях - исходном, при котором канал штуцера сообщен с внутренней полостью корпуса, и конечном, при котором канал штуцера изолирован от нее (патент Российской Федерации №2488789, МПК: G01M 3/00, 27.07.2013 г.). Фиксация пальца в обоих положениях осуществляется радиальными выступами пальца, размещаемыми в одной из двух соответствующих проточек корпуса.

Недостатком такого герметизированного устройства являются сложность конструкции за счет необходимости изготовления радиальных выступов на пальце и проточек под них в корпусе и значительные габариты и масса, что нежелательно в изделиях ракетно-космической техники.

Этого недостатка лишено выбранное в качестве прототипа герметизированное устройство, содержащее корпус, с торца которого имеется расточка, сообщенная с внутренней полостью корпуса, размещенный в расточке палец, два радиальных уплотнительных кольца из эластомерного материала, последовательно установленных в первой, ближайшей к внутренней полости, и второй уплотнительных канавках расточки с возможностью контакта с пальцем по его цилиндрической поверхности, размещенный на корпусе штуцер подвода текучей среды с каналом, выходящим во внутреннюю полость расточки на участке между первой и второй уплотнительными канавками, при этом палец с ближайшего к внутренней полости торца снабжен фаской и установлен с возможностью осевого перемещения относительно корпуса и его фиксации в двух положениях - исходном, при котором канал штуцера сообщен с внутренней полостью корпуса, и конечном, при котором канал штуцера изолирован от нее, а также упор для ограничения осевого перемещения пальца в его конечном положении (заявка Российской федерации №2013152577, МПК: G01H 3/00, опубл. 10.06.2015 г.). Вся наружная поверхность пальца выполнена цилиндрической, упор для ограничения осевого перемещения пальца в его конечном положении выполнен в расточке и размещен между первой уплотнительной канавкой и внутренней полостью, дальний от внутренней полости конец пальца выполнен плоским и перпендикулярным цилиндрической поверхности пальца.

Недостатком такого герметизированного устройства является его нетехнологичность при многократном использовании, что требуется для определенного круга агрегатов ракетно-космической техники при проведении, например, периодических проверок агрегатов во время их хранения, так как при необходимости каждого последующего использования устройства извлечение пальца влечет за собой срезание ближайшего к торцу корпуса уплотнительного кольца с последующей его заменой на новое.

Задачей, решаемой заявленным устройством, является повышение технологичности устройства при многократном его использовании.

Технический результат достигается за счет того, что в герметизированном устройстве, содержащем корпус, с торца которого имеется расточка, сообщенная с внутренней полостью корпуса, размещенный в расточке палец, два установленных в расточке с возможностью контакта с пальцем по его цилиндрической поверхности радиальных уплотнительных кольца из эластомерного материала, первое из которых размещено в канавке расточки, размещенный на корпусе штуцер подвода текучей среды с каналом, выходящим во внутреннюю полость расточки на участке между первым и вторым радиальными уплотнительными кольцами, при этом палец с ближайшего к внутренней полости торца снабжен фаской и установлен с возможностью осевого перемещения относительно корпуса и его фиксации в двух положениях - исходном, при котором канал штуцера сообщен с внутренней полостью корпуса, и конечном, при котором канал штуцера изолирован от нее, а также упор для ограничения осевого перемещения пальца, согласно изобретению в расточке со стороны торца корпуса выполнена двухступенчатая проточка, ширина первой ступени выполнена равной ширине канавки расточки, диаметр первой ступени выполнен равным наружному диаметру канавки расточки, а диаметр второй, выходящей на торец корпуса, ступени двухступенчатой проточки выполнен большим диаметра первой ступени проточки, внутри второй ступени двухступенчатой проточки соосно расточке размещена втулка с упором в уступ между ступенями двухступенчатой проточки, при этом втулка снабжена фиксатором осевого положения, размещенным за пределами цилиндра, образованного поверхностью расточки, и второе уплотнительное кольцо размещено внутри первой ступени двухступенчатой проточки, а внутренний диаметр втулки выполнен равным диаметру расточки.

На фиг. 1 приведен пример конкретного выполнения устройства в исходном положении, продольный разрез, на фиг. 2 - то же, в конечном положении.

Герметизированное устройство содержит корпус 1, с торца 2 которого имеется расточка 3, сообщенная с внутренней полостью 4 корпуса 1. В расточке 3 размещен палец 5 с наружной цилиндрической поверхностью 6, два радиальных уплотнительных кольца 7 и 8 из эластомерного материала, установленных с возможностью контакта с пальцем 5 по его цилиндрической поверхности 6. Первое 7 уплотнительное кольцо размещено в канавке 9 расточки 3. На корпусе 1 размещен штуцер 10 подвода текучей среды с каналом 11, выходящим во внутреннюю полость расточки 3 на участке между уплотнительными кольцами 7 и 8. Палец 5 с ближайшего к внутренней полости 4 торца 12 снабжен фаской 13 и установлен с возможностью осевого перемещения относительно корпуса 1 и его фиксации в двух положениях - исходном, при котором канал 11 штуцера 10 сообщен с внутренней полостью 4 корпуса 1 (показано на фиг. 1), и конечном, при котором канал 11 штуцера 10 изолирован от нее (показано на фиг. 2). В расточке 3 между канавкой 9 и внутренней полостью 4 выполнен упор 14 для ограничения осевого перемещения пальца 5 в его конечном положении. В расточке 3 со стороны торца 2 корпуса 1 выполнена двухступенчатая проточка 15, ширина первой ступени 16 выполнена равной ширине канавки 9 расточки 3, диаметр первой ступени 16 выполнен равным наружному диаметру канавки 9 расточки 3, а диаметр второй, выходящей на торец корпуса, ступени 17 двухступенчатой проточки 15 выполнен большим диаметра первой ступени 16 двухступенчатой проточки 15. Внутри второй ступени 17 двухступенчатой проточки 15 соосно расточке 3 размещена втулка 18 с упором в уступ 19 между ступенями двухступенчатой проточки, при этом втулка 18 снабжена фиксатором осевого положения 20, в данном примере - в виде пружинного стопорного кольца. Фиксатор осевого положения 20 размещен за пределами цилиндра 21, образованного поверхностью расточки 3. Второе 8 уплотнительное кольцо размещено внутри первой ступени 16 двухступенчатой проточки 15, а внутренний диаметр втулки 18 выполнен равным диаметру расточки 3. При использовании устройство подключают к заправочной магистрали 22 с вентилем 23 и манометром 24. Аналогично устройству-прототипу длина пальца L выполнена большей или равной расстоянию h от упора 14 до дальнего от него торца 25 канавки 9, но меньшей или равной расстоянию g от упора 14 до торца 26 первой ступени 16 двухступенчатой проточки 15. Длина b цилиндрической наружной поверхности 6 пальца 5 выполнена большей или равной расстоянию w между ближайшим к полости 4 торцом 27 канавки 9 и уступом 19. Дальний от внутренней полости 4 конец 28 пальца 5 выполнен плоским и перпендикулярным цилиндрической поверхности 6 пальца.

Герметизированное устройство работает следующим образом. В исходное положение, показанное на фиг. 1, палец 5 помещают путем его осевого перемещения технологическими средствами, например упором (не показан). Уплотнительное кольцо 8 размещено в полости, образованной первой ступенью 16 двухступенчатой проточки 15 и торцом втулки 18. Поскольку геометрические размеры этой полости равны геометрическим размерам канавки 9 (размеры уплотнительных канавок стандартизованы), то кольцо 8 работает так же, как если бы оно располагалось не в «составной», как в заявленном техническом решении, а в обычной, выполненной по стандартам, уплотнительной канавке. Поскольку механизм герметизации в радиальных уплотнениях обеспечивается за счет поджатия уплотнительного кольца к наружному диаметру канавки и к наружному диаметру уплотняемой втулки (см., например, «Уплотнения и уплотнительная техника: Справочник» / Л.А. Кондаков, Л.И. Голубев, В.Б. Овандер, и др. Под общ. ред. А.И. Голубева, Л.А. Кондакова. - М.: Машиностроение, 1986, стр. 112-113, рис. 3.4.), то наличие зазора между уступом 19 и торцом втулки 18 не влияет на нормальную работу уплотнительного кольца 8, так как этот зазор имеет величину, не большую, чем зазор между расточкой 3 и цилиндрической поверхностью 6 пальца 5, и испытательная среда (при заправке в исходном положении из магистрали 22) отделена материалом кольца 8, поджатого к поверхности первой ступени 16 и к цилиндрической поверхности 6, от ближайшего к нему торца втулки 18. Уплотнительное кольцо 7 не контактирует с цилиндрической поверхностью 6, что обеспечивает сообщение канала 11 с внутренней полостью 4. В этом положении через канал 11 осуществляется подвод текучей среды (например, гелиево-воздушной смеси) в полость 4. Затем, закрыв вентиль 23, палец 5 осевым движением перемещают в конечное положение, показанное на фиг. 2. Уплотнительное кольцо 7 уплотняет цилиндрическую поверхность пальца 5, разобщая канал 11 с полостью 4. Поскольку длина пальца L выполнена меньшей или равной расстоянию g, то канал 11 отделен от атмосферы только кольцевым зазором между расточкой 3 и пальцем 5, уплотнительное кольцо 8 в этом положении не уплотняет палец, так как не контактирует с его наружной цилиндрической поверхностью 6. В этом положении возможно отсоединение магистрали подвода от штуцера 10, испытание герметичности полости 4, заполненной испытательной средой, и дальнейшая эксплуатация устройства по его прямому назначению. При этом обратное осевое перемещение пальца в направлении от полости 4 ограничивается уплотнительным кольцом 8 из эластомерного материала. Поскольку диаметр поперечного сечения эластомерного уплотнительного кольца 8 больше, чем глубина канавки 9 (а это справедливо всегда для эластомерных колец и является основой их правильной работы в качестве уплотнений, то после того, как наружная цилиндрическая поверхность 6 пальца 5 при перемещении его в конечное положение выйдет из контакта с кольцом 8, сечение кольца 8 вернется к исходному не деформированному пальцем 5 состоянию и примет конфигурацию, показанную на фиг. 2, т.е. будет выступать внутрь расточки 3. Это же кольцо 8, служащее в качестве уплотнительного в исходном положении, теперь приобретает в конечном положении функцию фиксатора пальца 5 от перемещения его в направлении от полости 4 до положения, когда поверхность 6 может выйти из контакта с уплотнительным кольцом 7, что привело бы к разгерметизации внутренней полости 4 через канал 11. Поскольку дальний от внутренней полости 4 конец 28 пальца 5 выполнен плоским и перпендикулярным цилиндрической поверхности 6, то обратное осевое перемещение пальца 5 возможно только после того, как его прямой угол между плоским концом 28 и наружной цилиндрической поверхностью 6 срежет выступающую внутрь расточки 3 часть уплотнительного кольца 8, а это требует значительного осевого усилия на пальце 5, которому просто неоткуда взяться. Действительно, диаметр расточки 3 выбирают возможно меньшим, но обеспечивающим возможность обработки канавки 9. При диаметре расточки d-6 мм это требование легко выполняется. Испытательное давление, подаваемое в полость 4, обычно не превышает значения р=2 кГ/см² (абсолютное давление). Поэтому максимальное усилие давления среды в полости 4 на палец 5 достигается только тогда, когда устройство работает в наружном вакууме. И в этом самом неблагоприятном случае усилие давления F составит около

F=p⋅π⋅d²/4=0,565 кГ.

В то же время усилие, необходимое для срезания выступающей внутрь расточки части кольца 8, составляет десятки килограммов. Выполнение пальца длиной L, большей или равной расстоянию h, необходимо для того, чтобы в конечном положении пальца всегда бы обеспечивалось уплотнение наружной поверхности 6 пальца 5 кольцом 7, а выполнение цилиндрической наружной поверхности 6 пальца 5 длиной b, большей или равной расстоянию w, необходимо для того, чтобы во время осевого перемещения пальца 5 и деформации им при этом кольца 7 до того момента, как цилиндрическая поверхность 6 пальца 5 полностью перекроет канавку 9, что является условием нормального уплотнения кольцом 7, уплотнительное кольцо 8 уплотняло бы поверхность 6 пальца, чтобы избежать сообщения внутренней полости 4 с атмосферой во время процесса движения пальца к полости 4. Наличие фаски 13 необходимо для обеспечения неразрушения колец 7 и 8 при движении пальца и требуется стандартами. Конкретное значение диаметра расточки 3 и давления в полости 4, при котором обеспечивается нормальная работа устройства, обеспечивается методами обычного проектирования, размеры колец 7 и 8, канавки 9 и фаски 13 стандартизованы. При необходимости повторного или многократного использования устройства вынимают фиксатор 20 (стопорное кольцо) из двухступенчатой проточки 15, затем извлекают втулку 18, кольцо 8 и палец 5 (закрепившись, например, за выполненное на его конце глухое резьбовое отверстие - не показано). Соответственно, кольцо 8 при этом не теряет своей целостности и может быть использовано повторно или многократно. После этого вновь устанавливают кольцо 8, втулку 18 и фиксатор 20 и устанавливают палец 5 в исходное, показанное на фиг. 1, положение. Повторное использование выполняют по вышеописанному алгоритму. Размещение фиксатора осевого положения за пределами цилиндра, образованного поверхностью расточки, обеспечивает возможность установки пальца 5 в расточку 3.

В результате использования изобретения повышается его технологичность при многократном использовании, т.к. при этом не происходит срезания кольца 8 (что неизбежно в прототипе) и не требуется его замена на новое, что приводит к снижению затрат и независимости от поставки комплектующих. Указанные преимущества позволяют рекомендовать заявленное изобретение к использованию при изготовлении и эксплуатации в изделиях ракетно-космической техники.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при испытаниях полостей устройств авиационной и ракетной техники, а также в других областях техники. Сущность: устройство содержит корпус (1), с торца (2) которого выполнена расточка (3), сообщенная с внутренней полостью (4) корпуса (1). В расточке (3) размещен палец (5), вся наружная поверхность (6) которого выполнена цилиндрической, а также два радиальных уплотнительных кольца (7, 8) из эластомерного материала. Причем одно из уплотнительных колец (7) размещено в канавке (9). На корпусе (1) размещен штуцер (10) подвода текучей среды с каналом (11), выходящим во внутреннюю полость расточки (3) на участке между уплотнительными кольцами (7, 8). Палец (5) снабжен фаской (13) и установлен с возможностью осевого перемещения относительно корпуса (1) и фиксации в двух положениях: в исходном, при котором канал (11) штуцера (10) сообщен с внутренней полостью (4) корпуса (1), и конечном, при котором канал (11) штуцера (10) изолирован от внутренней полости (4). Для ограничения осевого перемещения пальца (5) в устройстве выполнен упор (14). В расточке (3) со стороны торца (2) корпуса (1) выполнена двухступенчатая проточка (15). Ширина первой ступени (16) проточки (15) равна ширине канавки (9) расточки (3), а диаметр первой ступени (16) равен наружному диаметру канавки (9). Диаметр второй, выходящей на торец (2) корпуса (1), ступени (17) проточки (15) больше диаметра первой ступени (16). Внутри второй ступени (17) проточки (15) соосно расточке (3) размещена втулка (18) с упором в уступ (19) между ступенями (16, 17) проточки (15). Втулка (18) снабжена фиксатором (20) осевого положения, размещенным за пределами цилиндра (21), образованного поверхностью расточки (3). Внутренний диаметр втулки (18) равен диаметру расточки (3). Второе уплотнительное кольцо (8) размещено внутри первой ступени (16) проточки (15). Технический результат: повышение технологичности устройства при многократном его использовании. 2 ил.

Герметизированное устройство, содержащее корпус, с торца которого имеется расточка, сообщенная с внутренней полостью корпуса, размещенный в расточке палец, два установленных в расточке с возможностью контакта с пальцем по его цилиндрической поверхности радиальных уплотнительных кольца из эластомерного материала, первое из которых размещено в канавке расточки, размещенный на корпусе штуцер подвода текучей среды с каналом, выходящим во внутреннюю полость расточки на участке между первым и вторым радиальными уплотнительными кольцами, при этом палец с ближайшего к внутренней полости торца снабжен фаской и установлен с возможностью осевого перемещения относительно корпуса и его фиксации в двух положениях: исходном, при котором канал штуцера сообщен с внутренней полостью корпуса, и конечном, при котором канал штуцера изолирован от нее, а также упор для ограничения осевого перемещения пальца, отличающееся тем, что в расточке со стороны торца корпуса выполнена двухступенчатая проточка, ширина первой ступени выполнена равной ширине канавки расточки, диаметр первой ступени выполнен равным наружному диаметру канавки расточки, а диаметр второй, выходящей на торец корпуса, ступени двухступенчатой проточки выполнен большим диаметра первой ступени двухступенчатой проточки, внутри второй ступени двухступенчатой проточки соосно расточке размещена втулка с упором в уступ между ступенями двухступенчатой проточки, при этом втулка снабжена фиксатором осевого положения, размещенным за пределами цилиндра, образованного поверхностью расточки, и второе уплотнительное кольцо размещено внутри первой ступени двухступенчатой проточки, а внутренний диаметр втулки выполнен равным диаметру расточки.